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Impulsgesteuertes Drehzahlrelais, insbesondere zur Verwendung als Staudruckbrems-Relais für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein impulsgesteuertes Drehzahlrelais, insbesondere zur Verwendung als Staudruckbrems-Relais für Kraftfahrzeuge, mit einem Unterbrecherschalter, der einen über einen Vorwiderstand entnommenen Gleichstrom mit einer der Drehzahl entsprechenden Folge-Frequenz unterbricht, wobei die bei jeder Betätigung des Schalters entstehenden Spannungssprünge zur Erzielung einer mit der Drehzahl ansteigenden Ladespannung an einem Kondensator ausgenützt werden, welcher jeweils über einen Gleichrichter einen Ladestromimpuls erhält.
Bei bisher bekannten impulsgesteuerten Relais dieser Art werden die vonzündanlagen eines Kraftfahr- zeugmotors gelieferten, in ihrer Folge-Frequenz mit der Drehzahl ansteigenden Steuerimpulse über einen Gleichrichter auf einen Ladekondensator gegeben, der zur Emitter-Basis-Strecke eines Transistors parallelgeschaltet ist und diesen zur Umschaltung des Relais in stromleitenden Zustand bringt, wenn die am Ladekondensator durch Aufsummieren der Steuerimpulse entstehende Spannung einen bestimmten Mindestwert überschreitet ; bei diesen Anordnungen wirkt jedoch nachteilig, dass bei langsamer Annäherung der Drehzahl an dieSchaltdrehzahl die Umschaltung des Relais mit schleichender Kontaktgabe erfolgt. Ausserdem ändert sich bei den Steuerimpulsen die Kurvenform in Abhängigkeit von der Drehzahl.
Darüber hinaus bereitet die Anpassung dieser Drehzahlrelais an Zündanlagen verschiedener Herkunft besondere Schwierigkeiten, wobei auch zu berücksichtigen ist, dass durch den Ladekondensator die Zündleistung insbesondere bei hohen Drehzahlen erheblich beeinträchtigt werden kann.
Nach der Erfindung werden nun bei impulsgesteuerten Drehzahlrelais der oben beschriebenen Art diese Nachteile dadurch behoben, dass mit dem Unterbrecherschalter und dem Vorwiderstand in Reihe die Pri-
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dem Ladekondensator sowie einem Entladewiderstand an die Basis eines ersten Transistors angeschlossen ist, dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transistors verbunden ist, welch letzterer mit seinem Emitter an den einen Pol der Gleichstromquelle und mit dem Kollektor über die Erregerspule des Relais sowie über einen zu dieser parallelen Spannungsteiler an die andere Klemme der Stromquelle angeschlossen ist, wobei der Abgriff des Spannungsteilers mit dem andern Wicklungsende der Sekundärwicklung und ausserdem mit dem Kondensator sowie dem zu diesem parallelen Entladewiderstand verbunden ist.
Das erfindungsgemässe Drehzahlrelais kann in sehr vorteilhafter Weise zur selbsttätigen Sperrung der Kraftstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine bei Leerlauf-Stellung der Drosselklappe und gleichzeitig über der Leerlauf-Drehzahl liegender Drehgeschwindigkeit dienen, wobei zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors und der Spule eines in Einzugstellung den Brennstoffhahn schliessenden Elektromagneten ein elektrischer Schalter angeordnet und dieser mit dem Gaspedal oder der Drosselklappe derart gekuppelt ist, dass er sich nur in deren Leerlaufstellung in Schliesslage befindet.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen impulsgesteuerten Drehzahlrelais eine als drehzahlabhängiges elektrisches Staudruckbrems-Relais arbeitende Schalteinrichtung für eine Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschine dargestellt.
Die zum Antrieb eines nicht dargestellten Lastkraftwagens bestimmte Vierzylinder-Viertaktbrennkraftmaschine 10 hat eine in ihrer Auspuffleitung 11 angeordnete Staudruckklappe 12, die z. B. bei langen Fahrten bergabwärts zur Unterstützung bzw. Entlastung der nicht dargestellten Bremsanlage des Last-
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wagens herangezogen werden kann, wenn die Staudruckklappe 12 mit Hilfe eines Elektromagneten. l3 aus der dargestellten Offenstellung in ihre Schliessstellung verschwenkt wird.
Die mit unterbrochenen Linien umrahmte Schalteinrichtung 14 ist dazu bestimmt, die Staudruck- klappe 12 selbsttätig in ihre Offenstellung zu bringen, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter einen festgelegten Mindestwert abfällt und die Gefahr besteht, dass die Brennkraftmaschine stehen blei- ben würde.
Zur Steuerung der Schalteinrichtung 14 dienen Stromimpulse, die von einer mit der Brennkraftma- schine 10 zusammenarbeitenden Hochspannungszündanlage geliefert werden. Die Hochspannungszündanlage umfasst eine Zündspule 15 mit einer Primärwicklung 16, einem Eisenkern 17 und einer Sekundärwick- lung 18, ferner einen Verteiler 19 und einen üblichen Zündunterbrecher, der aus einem mit der Nockenwelle 20 der Brennkraftmaschine umlaufenden, vierhöckrigen Unterbrechernocken 21, einem Unterbre- cherhebel 22 und einem Zündkondensator 23 besteht.
Jeweils ein Wicklungsende der Primärwicklung 16 und der Sekundärwicklung 18 der Zündspule 15 sind miteinander verbunden und über die Primärwicklung 25 eines zur Schalteinrichtung 14 gehörenden Transformators 26 an die Plusklemme einer Sammlerbatterie 27 angeschlossen, aus der sowohl die Zündanlage als auch die Schalteinrichtung mit Strom versorgt werden kann, wenn der bei 28 angedeutete Zündschalter geschlossen wird.
Die Primärwicklung 25 sitzt auf einem Eisenkern 30, der ausserdem eine. Sekundärwicklung 31 trägt.
Diese ist an einem ihrer Wicklungsenden über zwei hintereinander geschaltete Gleichrichter 34 und 35 mit der Basis B eines p-n-p-Transistors 33 verbunden, der mit seinem Emitter über eine für die Schalteinrichtung gemeinsame Plusleitung 36 am Pluspol der Batterie 27 liegt.
Von der Basis des Transistors 33 führt ein Widerstand 37 zu einer mit dem andern Ende der Sekundärwicklung 31 verbundenen Leitung 38, mit der ausserdem ein vom Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter 34 und 35 abzweigender Widerstand 39 sowie ein zu diesem parallel liegender Kondensator 40 verbunden ist.
Mit dem über einen Arbeitswiderstand 41 an eine gemeinsame Masseklemme 42 angeschlossenen Kollektor des Transistors 33 ist über einen Widerstand 43 die Basis eines zweiten Transistors 44 verbunden, der mit dem ersten Transistor 33 so zusammenwirkt, dass er sich jeweils in einem zu diesem entgegengesetzten Leitungszustand befindet und daher gesperrt ist, solange sich der Transistor 33 in stromleitendem Zustand befindet.
Um dieses entgegengesetzte Betriebsverhalten der beiden Transistoren sicherzustellen, sind erfindungsgemäss in der Verbindungsleitung vom Kollektor des Transistors 44 zur Masseklemme 42 zwei als Spannungsteiler wirkende Widerstände 45 und 46 vorgesehen und mit der Leitung 38 verbunden. DieseWiderständeliegen parallel zu der über eine Klemmschraube 47 an den Kollektor des Transistors 44 anschliessbaren Wicklung 13 des zum Verschwenken der Staudruckklappe 12 dienenden Elektromagneten ImStromkreis der Wicklung 13 dieses Magneten liegt ein Schalter 48, der in der Ruhestellung geöffnet und
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Schliessstellung gelangt, wenn das Bremspedal der auf die Fahrzeugräder einwirkenden, nicht dargestellten Bremsanlage auch nur geringfügig niedergedrückt wird.
Die Staudruckklappe 12 darf jedoch nur dann und nur solange vom Transistor 44 in ihre die Bremskraft der Bremsanlage unterstützende Schliessstellung gebracht werden, als die Drehzahl der Brennkraftmaschine noch soweit über ihrer Leerlaufdrehzahl liegt, dass die Brennkraftmaschine z. B. beim Auskuppeln und Herunterschalten in einen kleineren Gang nicht stehen bleiben kann.
Im einzelnen erreicht dies die beschriebene Schalteinrichtung auf folgende Weise :
Wenn zum Starten der Brennkraftmaschine der'Zündschalter 28 eingelegt wird, erhalten zwar beide Transistoren gleichzeitig Spannung, es gelangt jedoch nur der Transistor 33 in seinen voll stromleitenden Zustand, weil infolge der beiden Reihenwiderstände 45 und 46 das Potential der Leitung 38 stets niedriger als das der gemeinsamen Plusleitung 36 bleiben muss und der Widerstand 41 so hoch gewählt ist, dass bereits ein kleiner Kollektorstrom des Transistors 33 dazu ausreicht, das Potential an der Basis des zweiten Transistors 44 soweit anzuheben, dass dieser keinen Strom führen kann.
Sobald die Brennkraftmaschine anspringt und den Unterbrechernocken soweit dreht, dass der Unterbrecherhebel 22 in seine Schliessstellung gelangt, fliesst über die Primärwicklung 16 der Zündspule und über die Primärwicklung 25 des Transformators 26 einstrom J, der beim Weiterdrehen des Unterbrechernockens 21 unterbrochen wird und dann in der Sekundärwicklung 31 des Transformators 26 einen Spannungsstoss induziert, dessen Höhe und Dauer von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist. Diese bei jeder Unterbrecheröffnung entstehen- den Spannungsstösse liefern über den Gleichrichter 34 Ladung in den Kondensator 40. Die am Kondensator entstehende mittlere Gleichspannung steigt daher mit der Drehzahl an.
Wenn sie einen Wert erreicht, der grösser ist als der Spannungsabfall, den der über den Widerstand 37 fliessende Basisstrom des Transistors 33
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erzeugt, kann der Transistor 33 den über seinen Arbeitswiderstand 41 fliessenden Kollektorstrom nicht mehr in der vorherigen Höhe aufrechterhalten und der zweite Transistor 44 gelangt dann in sein Anlaufstrom- gebiet, bei dem er einen Strom über die Widerstände 45 und 46'zu führen vermag und am Widerstand 45 einen Spannungsabfall hervorruft.
Um diesen Spannungsabfall wird das Potential an der Basis des Transistors 33 angehoben, da sich zu dem Spannungsabfall die praktisch unveränderte Spannung des Kondensators 40 addiert ; die Sperrwirkung des Transistors 33 wird infolgedessen noch weiter verstärkt und der zweite Transistor 44 in seinen voll stromleitenden Betriebszustand umgekippt, wodurch gleichzeitig eine praktisch vollkommene Sperrung des Transistors 33 erfolgt. Wenn jetzt das Bremspedal niedergedrückt und dabei der Schalter 48 geschlos- sen wird, kann über den jetzt stromleitenden Transistor 44 die Elektromagnetspule 13 mit einem zum
Verschwenken der Staudruckklappe 12 ausreichenden Strom versorgt werden.
Damit dieBrennkraftmaschine nicht stehenbleibt, wenn sie beispielsweise zur Einschaltung des nächst niedrigen Ganges ausgekuppelt wird, sorgt die Schalteinrichtung 14 dafür, dass der über die Spule 13 bei gedrücktem Bremspedal fliessende Strom unterbrochen wird und die Staudruckklappe unter dem Zug einer nicht dargestellten Rückführfeder wieder in ihre Offenstellung zurückgebracht wird. Sobald die Drehzahl soweit abfällt, dass die am Kondensator 40 entstehende Spannung nicht mehr ausreicht, zusammen mit dem Spannungsabfall am Widerstand 45 das Potential der Basis des Transistors 33 positiv gegenüber der
Plusleitung 36 zu halten, beginnt der Transistor 33 stromleitend zu werden.
Dies hat zur Folge, dass der
Kollektorstrom des zweiten Transistors 44 und damit der Spannungsabfall am Widerstand 45 kleiner wird, wodurch das Potential an der Basis des Transistors 33 wieder erniedrigt und der Transistor 33 dann unter gleichzeitiger verstärkter Sperrung des Transistors 44 noch stärker stromleitend wird. Hiedurch wird si- chergestellt, dass der Transistor 44 sprunghaft aus seinem voll stromleitenden in den nichtleitenden Zu- stand übergeführt und die Staudruckbremse auch dann rasch geöffnet wird, wenn die Drehzahl nur lang- sam abfällt.
Zum Schutz des Transistors 44 gegen induktive Spannungsspitzen, die den Transistor beim Umkippen in seinen Sperrzustand gefährden konnten, ist zu den Widerständen 45 und 46 eine Löschdiode 49 parallelgeschaltet, die bei stromleitendem Transistor in ihrer Sperrichtung beansprucht wird und beim Abschalten den induktiven Ausgleichsstrom der Spule 13 übernimmt.
Zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 33 ist ein Kondensator 50 von etwa 0, 1 f. L F vorgesehen. Dieser verkleinert den für die Schaltgenauigkeit nachteiligen Einfluss, den die Welligkeit der am Kondensator 40 entstehenden Spannung haben könnte.
Die beschriebene Schalteinrichtung kann auch für sich allein oder in Verbindung mit der beispielsweise beschriebenen Staudruckbremsanlage dazu benützt werden, die Kraftstoffzufuhr zum Vergaser oder zur Einsprit7pumpe der Brennkraftmaschine zur Einsparung an Kraftstoff zu sperren, wenn die Brennkraftmaschine z. B. bei längeren Talfahrten im Schiebebetrieb arbeitet und gleichzeitig eine über der Leerlaufdrehzahl liegende Drehgeschwindigkeit hat ; in diesem Falle kann der Schalter 48 mit der Drosselklappe oder dem Gaspedal gekuppelt und so ausgebildet sein, dass er sich im Schliesszustand befindet, wenn Gaspedal oder Drosselklappe in Leerlaufstellung stehen.
Die mit dem Schalter 48 in Reihe liegende Spule 13 hält dann einen nicht dargestellten Brennstoffhahn solange geschlossen als sich die Drosselklappe oder das Gaspedal in Leerlauf-Stellung befindet und die Drehzahl über dem von der Schalteinrichtung kontrollierten Mindeswert liegt ; bei Absinken unter diesen Wert öffnet die Schalteinrichtung 14 selbsttätig den Brennstoffhahn wieder, damit die Brennkraftmaschine im Leerlauf weiterarbeiten kann und nicht stehen bleibt. Beim Niedertreten des Gaspedals bzw. bei Öffnen der Drosselklappe durch den Fahrzeugführer unterbricht der öffnende Schalter 48 den der Spule 13 zufliessenden Strom und bringt den Kraftstoffhahn wieder in seine Offenstellung, so dass die Brennkraftmaschine aus jeder Drehzahl heraus beschleunigt werden kann.
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